Преобразователь частоты (VFD) — это тип частотно-регулируемого привода, который управляет электродвигателем, изменяя частоту и напряжение, подаваемые на электродвигатель. Аббревиатуру VFD также подразумевает под собой следующие синонимы: привод с переменной скоростью, частотно-регулируемый привод, преобразователь частоты, привод переменного тока, микропривод и инвертор.
Частота (Герц) напрямую связана с скоростью вращения двигателя (об./мин. или RPM). Другими словами, чем быстрее частота, тем быстрее вращается ротор двигателя. Если система не требует, чтобы электродвигатель работал на полной скорости, привод VFD можно использовать для снижения частоты и напряжения в соответствии с технологическими требованиями системы и требованиями нагрузки электродвигателя. Частотный преобразователь VFD может уменьшать или увеличивать частоту вращения электродвигателя, для обеспечения требуемых параметров скорости.
Как работает преобразователь частоты?
Первичным звеном частотного преобразователя переменного переменного тока или VFD, является преобразователь тока. Преобразователь тока состоит из шести диодов, которые аналогичны обратным клапанам, используемым в системах водопровода. Они позволяют току течь только в одном направлении; Направление тока изображено на знаке диода в виде стрелки. Например, когда напряжение А-фазы (по аналогии с системой водопровода напряжение можно представить как давление) выше, напряжение фазы B или C, тогда соответствующий диод откроется. Когда напряжение В-фазы становится выше, чем на фазе А, то диод В-фазы откроется, и диод А-фазы закроется. То же самое верно для 3-х диодов с отрицательной стороны шины. Таким образом, мы получаем шесть текущих «импульсов», поскольку каждый диод открывается и закрывается. Это называется «шестиимпульсным VFD», который является стандартной конфигурацией для текущих частотно-регулируемых приводов.
Предположим, что привод работает от напряжения сети 480 В. Значение 480В — является среднеквадратичной. Пики в сети со среднеквадратичным напряжением 480 В составляют 679 В. Как вы можете видеть, у шины преобразователя частоты есть напряжение постоянного тока с пульсацией переменного тока. Напряжение пробегает величины приблизительно от 580 В до 680 В.
Мы можем избавиться от пульсации переменного тока на шине постоянного тока, добавив конденсатор.Конденсатор работает аналогично резервуару или аккумулятору в системе воснабжения. Этот конденсатор поглощает пульсацию переменного тока и обеспечивает плавное постоянное напряжение. Пульсация переменного тока на шине постоянного тока обычно составляет менее 3 вольт. Таким образом, напряжение на шине постоянного тока становится примерно «650 В постоянного тока». Фактическое напряжение будет зависеть от напряжения питающей двигатель сети переменного тока, уровня дисбаланса напряжения в электрический сети, нагрузки двигателя, полного сопротивления системы, а также любых других дросселей или гармонических фильтров привода.
Преобразователь диодного моста, который преобразует переменное напряжение в постоянное, иногда называют просто «конвертером». Звено, преобразующее постоянный ток обратно в переменный, также является преобразователем, но чтобы отличить его от диодного преобразователя, его обычно называют «инвертором».
Обратите внимание, что в реальном преобразователе частоты переменного тока показанные переключатели фактически будут транзисторами
Когда мы закрываем один из верхних переключателей в инверторе, соответствующая фаза двигателя подключается к положительной шине постоянного тока, и напряжение на этой фазе становится положительным. Когда мы закрываем один из нижних переключателей в преобразователе, фаза подключается к отрицательной шине постоянного тока и становится отрицательной. Таким образом, мы можем делать положительной или отрицательной любую фазу на двигателе, а соответственно и генерировать любую желаемую частоту. Итак, мы можем сделать любую фазу положительной, отрицательной или нулевой.
Синяя синусоидальная волна показана только для сравнения. Привод на самом деле не генерирует эту синусоидальную волну
Обратите внимание, что выходной сигнал преобразователя частоты имеет «прямоугольную» форму волны. Привод VFD не может генерировать идеальный синусоидальный сигнал. Этот прямоугольный сигнал естественно не будет хорошим вариантом для систем распределения общего назначения, но вполне подходит для электродвигателя.
Если мы хотим уменьшить частоту двигателя до 30 Гц, то мы просто медленне переключаем транзисторы инвертора. Но, если мы уменьшаем частоту до 30 Гц, то мы также должны уменьшить напряжение до 240 В для поддержания отношения В/Гц. Каким же образом мы будем уменьшать напряжение, если у нас есть только напряжение постоянного тока в 650 В?
Это принцип называется Широтно Импульсной Модуляцией или ШИМ. Представьте себе, что мы можем контролировать давление в системе водоснабжения, поворачивая затвор на высокой скорости. Хотя это не было бы практично для системы водоснабжения, оно отлично работает для Преобразователя частоты VFD. Обратите внимание, что в течение первого цикла напряжение будет лишь половину времени и нулевым вторую половину цикла. Таким образом, среднее напряжение составляет половину 480 В или 240 В. Путем импульсного выхода мы можем добиться любого среднего напряжения на выходе частотного преобразователя VFD.
Для чего использовать преобразователь частоты переменного тока VFD?
Сокращение потребления энергии и затрат на лектроэнергию.
Если у вас есть применение, которое не требует постоянной работы на максимальной скорости, вы можете сократить энергозатраты, управляя двигателем с помощью частотно-регулируемого привода, что является одним из преимуществ преобразователей частоты. Преобразователь частоты переменного тока VFD позволяет вам сопоставлять скорость электродвигателя с требуемой нагрузкой. На сегодняшний момент нет другого, более эффективного способа управления электродвигателем переменного тока, который позволит выполнить это.
На сегодняшний момент потребление электроэнергии электродвигателями составляет более 65% мирового энергопотребления. Оптимизация систем управления двигателем путем применения частотных преобразователей способна добится снижения энергопотребления в некоторых случаях до 70%. Кроме того, использование преобразователя частоты улучшает качество продукции и снижает издержки производства.
Увеличение производства за счет более жесткого контроля технологических процессов.
Управляя двигателями с максимальной эффективностью, в технологическом цикле будет происходить меньшее количество ошибок, меньше простоев, что в свою очередь обеспечит более высокий уровень дохода. Так, например, на конвейерах и ремнях с помощью частотного регулирования вы устраняете рывки при запуске, позволяя использовать сквозной старт.
Увеличьте срок службы оборудования и уменьшите обслуживание.
Ваше оборудование будет работать дольше и иметь меньше времени простоя из-за технического обслуживания благодаря оптимальному управлению частотой и напряжением. Частотный преобразователь также будет обеспечивать оптимальную защиту электродвигателя от электротермические перегрузок, пропадания фазы, перенапряжения и т. д. Также чатотный преобразователь обеспечит плавный запуск двигателя устранив возможные ударные нагрузки.
Оригинал статьи: What is a Variable Frequency Drive?
Источник: © Chastotnik.Pro
